尽管液相烧结在致密化方面非常有效，但它引入了固相烧结方法中不存在的显著风险。主要缺点包括零件变形或塌陷的可能性、导致机械性能下降的失控晶粒长大，以及可能在最终部件内部形成脆性不良相的化学反应。
液相烧结的核心挑战在于，正是促成快速致密化的液相，也是潜在缺陷的主要来源。成功使用此工艺完全取决于精确控制液相的数量、分布和行为。
问题的根源：液相本身
要了解其缺点，我们必须首先了解其机制。液相烧结涉及将基体粉末与少量熔点较低的添加剂混合。
液相的工作原理
加热时，这种添加剂在主要材料之前熔化，形成一种润湿固体颗粒的液体。这种液体通过毛细作用将颗粒拉拢在一起，填充它们之间的孔隙，并为原子扩散提供一条快速通道，从而在比固相烧结更低的温度下实现快速致密化。
固体骨架的丧失
关键时刻发生在液相形成时。先前由堆积粉末颗粒组成的刚性结构现在部分由液体支撑。这种刚性固体骨架的丧失是主要缺点的根本原因。
缺点1：零件变形和塌陷
液相烧结中最直接的风险是部件形状的丧失。
重力的影响
一旦液相存在，零件就容易受到重力的影响。如果形成的液相过多，或者固体颗粒的排列未能提供足够的支撑，部件可能会在其自身重量下下垂、塌陷或变形。
对尺寸控制的影响
这使得实现严格的尺寸公差成为一项重大挑战。最终形状高度依赖于液相的精确量、加热速率，甚至零件在炉中的方向。
缺点2：失控的晶粒长大
液相为材料传输提供了高速通道，这可能导致微观结构发生快速且有时是不良的变化。
奥斯特瓦尔德熟化机制
这个过程，被称为奥斯特瓦尔德熟化，导致较大的晶粒以较小晶粒为代价长大，较小晶粒溶解到液体中并重新沉淀到较大的晶粒上。
受损的机械性能
如果这个过程不受控制，可能导致异常晶粒长大（EGG），即少数晶粒变得异常大。这会产生粗大、不均匀的微观结构，严重降低强度、硬度和断裂韧性等机械性能。
缺点3：化学和微观结构不均匀性
液相添加剂与固体基体材料之间的相互作用是一个复杂的化学过程，可能产生意想不到的后果。
脆性金属间相的形成
液体可以与固体颗粒反应形成新的化学相，称为金属间化合物。这些相通常是脆性的，可以作为内部薄弱点，损害最终零件的完整性。根据相图仔细选择材料对于避免这种情况至关重要。
液相偏析和孔隙率
如果液体不能均匀地“润湿”固体颗粒，它可能会在某些区域聚集，这种现象称为偏析。冷却后，这些聚集的液体会以与基体其余部分不同的成分凝固。在其他区域，润湿不良可能留下持续的孔隙，从而达不到完全致密化的目标。
理解权衡
液相烧结的成功需要在一个狭窄的工艺窗口中操作，并平衡相互竞争的因素。
密度与变形
目标是使用足够的液相以快速实现完全致密化。然而，增加液相体积分数也会增加塌陷和变形的风险。这是该工艺的核心权衡。
温度和时间敏感性
该工艺对温度和时间极其敏感。稍高的温度或稍长的保温时间会显著增加液相量或晶粒长大的程度，从而使成功的工艺变成失败的工艺。
材料兼容性不可妥协
液相形成添加剂的选择至关重要。它必须在合适的温度下熔化，有效地润湿固体颗粒，最重要的是，不能在与基体材料反应时形成脆性相。
为您的工艺做出正确选择
您必须根据您的具体材料和性能要求来评估这些缺点。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先考虑最小化液相体积分数，并实施精确、可重复的热处理曲线以防止塌陷。
- 如果您的主要重点是最大化机械强度：通过优化烧结时间和仔细选择已知与基体材料具有良好相互作用的添加剂，专注于防止异常晶粒长大。
- 如果您正在开发新的材料体系：您的第一步必须是对相关相图进行彻底分析，以预测并避免脆性金属间化合物的形成。
通过了解这些潜在缺点，您可以战略性地控制液相，以利用其优点，同时降低其固有的风险。
总结表：
| 缺点 | 主要原因 | 关键影响 |
|---|---|---|
| 零件变形/塌陷 | 由于液相形成导致刚性固体骨架丧失 | 尺寸控制和公差差 |
| 失控的晶粒长大 | 液相促进的奥斯特瓦尔德熟化 | 强度、硬度和韧性下降 |
| 化学不均匀性 | 液相添加剂与基体材料之间的反应 | 脆性金属间相的形成 |
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